Как работает динамик кратко

Обновлено: 03.07.2024

Динамики - самый важный компонент любого современного устройства, в том числе и системы речевого оповещения.

Будь то наушники или динамики, мы все в какой-то момент нуждаемся в них, чтобы слушать музыку и насладиться ею. Но, несмотря на их универсальную полезность, вопрос о том, как работают динамики, не так широко раскрыт.

Итак, чтобы пролить свет на то, как работают громкоговорители, мы поговорили с Эмсок . Это компания из России, занимающаяся передовыми системами оповещения и музыкальной трансляции (а кто еще лучше может объяснить о работе динамиков?)

Как звук работает по отношению к громкоговорителям?

Звук движется волнами давления. Когда частицы воздуха сжимаются и растворяются достаточно быстро, мы слышим этот как звук.

Чем быстрее изменяется давление воздуха, тем выше "частота" звука, который мы слышим.

Когда часть громкоговорителя движется вперед и назад, он толкает частицы воздуха, которые изменяют давление воздуха, которые изменяют давление воздуха и создают звуковые волны.

Из каких частей состоит Громкоговоритель?

- Диффузор и пылезащитный колпачок (части, которые перемещают воздух и создают звук)

- Центрирующая шайба и Диффузородержатель удерживают диффузор на месте, но при этом позволяют ему двигаться

- Магнит и звуковая катушка (части, которые взаимодействуют для преобразования электрической энергии в движение)

- Нижний и верхний фланцы, а также Керн позволяют собрать эту конструкцию воедино

Как работает громкоговоритель?

Громкоговорители преобразуют электрическую энергию в механическую (движение). Механическая энергия сжимает воздух и преобразует движение в звуковую энергию или уровень звукового давления (SPL).

Когда электрический ток проходит через катушку с проволокой, он индуцирует магнитное поле.

В громкоговорителях через звуковую катушку проходит ток, который создает электрическое поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита, прикрепленному к громкоговорителю.

Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, а разные обвинения притягиваются. Когда звуковой сигнал проходит через звуковую катушку и диффузор движется вверх и вниз, звуковая катушка притягивается и отталкивается постоянным магнитом.

Это заставляет диффузор, к которому прикреплена звуковая катушка, двигаться вперед и назад. Возвратно-поступательное движение создает в воздухе волны давления, которые мы воспринимаем как звук.

Чем отличается лучший громкоговоритель от хорошего?

Окончательная проверка верности для громкоговорителя заключается в том, насколько форма волны в воздухе (волна давления) похожа на электронный сигнал (звукозапись), который посылается от усилителя.

Если каждая частота точно воспроизводится для слушателя без добавления или удаления какой-либо информации, это, вероятно, превосходный громкоговоритель.

Есть несколько факторов, которые определяют, насколько точным будет впечатление от прослушивания, включая частотную характеристику, количество искажений и направленность (дисперсию) динамика.

Что такое частотная характеристика и почему она так важна?

Частотная характеристика - это то, насколько громким будет выходной сигнал динамика на разных частотах.

Типичный тест на частотную характеристику отправляет развертку частот от низких до средних и до высоких частот, чтобы увидеть, одинаков ли звук из динамика во всех этих областях.

Идеальная частотная характеристика для динамика очень плоская. Это означает, что громкоговоритель будет иметь тот же уровень на низких частотах, что и на средних или высоких частотах.

Цель плоской частотной характеристики - обеспечить, чтобы люди, слушающие вашу музыку, воспринимали ее именно так, как вы рассчитывали. Если ваш трек хорошо звучит в динамиках с ровной характеристикой, вы можете быть уверены, что он будет звучать наилучшим образом на любой системе воспроизведения.

Плоские динамики против всего остального

Многие динамики не плоские. Некоторым не хватает высоких или низких частот, или у них есть пики или спады частотной характеристики, когда определенные частотные диапазоны чрезмерно подчеркнуты, скрыты или замаскированы.

В этом случае некоторые инструменты могут быть громче или тише, чем вы предполагали, и микс, над которым вы так усердно работали, не будет правильно представлен.

Для высоких частот динамики должны двигаться очень быстро. Для низких частот динамики должны пропускать много воздуха. Вот почему пищалки (высокочастотные громкоговорители) обычно представляют собой небольшие диффузоры, а буферы (низкочастотные) обычно имеют большие диффузоры.

Мы слышим 10 октав (20Гц-20кГц), что является очень широким диапазоном (для сравнения, мы можем видеть только менее одной октавы света).

Требовать от громкоговорителя для точного воспроизведения такого широкого диапазона очень сложно, и часто требуется 2 (низкочастотный динамик + высокочастотный динамик), 3 (низкочастотный + среднечастотный + высокочастотный динамики), 4 (низкочастотный динамик + низкочастотный + среднечастотный + высокочастотный) для создания этого широкого диапазона частот в отличном качестве.

Как можно улучшить динамики? Где большинство ораторов терпят неудачу?

Многие динамики, которые мы используем, имеют ограниченные частотные характеристики. Например: попробуйте услышать басы в динамиках вашего ноутбука!

Большинство динамиков также имеют более низкую выходную мощность. Вы когда-нибудь пробовали использовать свой телефон для воспроизведения музыки на вечеринке? Я уверен, что это была не очень веселая вечеринка. :)

Многие динамики также создают искажения, то есть они добавляют к музыке частоты, которых не было в исходной записи.

Большие динамики, в среднем, намного лучше с точки зрения их частотной характеристики и искажений, но большим улучшением будет возможность воспроизводить более качественный и точный звук из небольших динамиков.

Будущее динамиков: что такое графен и почему он улучшает характеристики динамиков?

Графен - это новый классный материал, который был впервые обнаружен в 2004 году. Он значительно улучшает характеристики громкоговорителей.

Графен - самый прочный и легкий материал из существующих. Поскольку он легкий, он может очень быстро двигаться, что делает его отличным для высоких частот.

Сейчас разработали материал на основе оксида графена под названием GrapheneQ, созданный специально для аудиоприложений.

Его сила в том, что он не деформируется и не искажается при движении вперед и назад, обеспечивая более высокое качество звука из динамиков, которые могут быть меньше и эффективнее.

Традиционные колонки на самом деле являются одной из наименее эффективных технологий, которые мы все еще используем сегодня. Менее 1% мощности, поступающей в динамик, преобразуется в звук.

Большая часть энергии преобразуется в тепло. Традиционные колонки на самом деле менее эффективны, чем лампы накаливания, которые на данный момент практически запрещены!

Поскольку графен настолько легкий (его толщина всего один атом!). Для его движения вперед и назад требуется гораздо меньше энергии.

Поэтому, если вы возьмете какие-либо беспроводные наушники или динамик, представленные сегодня на рынке, и замените их мембрану материалом GrapheneQ, вы сразу увидите увеличение времени автономной работы на 70%.

Новые материалы и их применение - будущее акустической техники. Они решат проблемы эффективности и звука, с которыми колонки сталкивались десятилетиями.

Устройство, обозначение и основные параметры электродинамического громкоговорителя

Для начала расставим все точки над "i" и разберёмся в терминологии.

Электродинамический громкоговоритель, динамический громкоговоритель, динамик, динамическая головка прямого излучения – это разнообразные названия одного и того же прибора служащего для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в колебания воздуха, которые и воспринимаются нами как звук.

Звуковые динамики или по-другому динамические головки прямого излучения вы не раз видели. Они активно применяются в бытовой электронике. Именно громкоговоритель преобразует электрический сигнал на выходе усилителя звуковой частоты в слышимый звук.

Стоит отметить, что КПД (коэффициент полезного действия) звукового динамика очень низкий и составляет около 2 – 3%. Это, конечно, огромный минус, но до сих пор ничего лучше не придумали. Хотя стоит отметить, что кроме электродинамического громкоговорителя существуют и другие приборы для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в акустические колебания. Это, например, громкоговорители электростатического, пьезоэлектрического, электромагнитного типа, но широкое распространение и применение в электронике получили громкоговорители электродинамического типа.

Как устроен динамик?

Чтобы понять, как работает электродинамический громкоговоритель, обратимся к рисунку.

Диффузор может выполняться из разных материалов, но чаще его делают из спрессованной или отлитой бумажной массы. Технологии не стоят на месте и в ходу можно встретить диффузоры из пластмассы, бумаги с металлизированным покрытием и других материалов.

Чтобы звуковая катушка не задевала за стенки керна и фланец постоянного магнита её устанавливают точно в середине магнитного зазора с помощью центрирующей шайбы. Центрирующая шайба гофрирована. Именно благодаря этому звуковая катушка может свободно двигаться в зазоре и при этом не касаться стенок керна.

Диффузор укреплён на металлическом корпусе – корзине. Края диффузора гофрированы, что позволяет ему свободно колебаться. Гофрированные края диффузора формируют так называемый верхний подвес, а нижний подвес – это центрирующая шайба.

Тонкие провода от звуковой катушки выводятся на внешнюю сторону диффузора и крепятся заклёпками. А с внутренней стороны диффузора к заклёпкам крепится многожильный медный провод. Далее эти многожильные проводники припаиваются к лепесткам, которые закреплены на изолированной от металлического корпуса пластинке. За счёт контактных лепестков, к которым припаяны многожильные выводы звуковой катушки, динамик подключается к схеме.

Как работает динамик?

Если пропустить через звуковую катушку динамика переменный электрический ток, то магнитное поле катушки будет взаимодействовать с постоянным магнитным полем магнитной системы динамика. Это заставит звуковую катушку либо втягиваться внутрь зазора при одном направлении тока в катушке, либо выталкиваться из него при другом. Механические колебания звуковой катушки передаются диффузору, который начинает колебаться в такт с частотой переменного тока, создавая при этом акустические волны.

Обозначение динамика на схеме.

Условное графическое обозначение динамика имеет следующий вид.

Рядом с обозначением пишутся буквы B или BA, а далее порядковый номер динамика в принципиальной схеме (1, 2, 3 и т.д.). Условное изображение динамика на схеме очень точно передаёт реальную конструкцию электродинамического громкоговорителя.

Основные параметры звукового динамика.

Основные параметры звукового динамика, на которые следует обращать внимание:

Номинальное электрическое сопротивление (Ом). Медный провод звуковой катушки обладает активным сопротивлением. Активное сопротивление – это сопротивление провода при постоянном токе. Его можно легко измерить с помощью цифрового мультиметра в режиме омметра. Читайте измерение сопротивления цифровым мультиметром.

Но кроме активного сопротивления звуковая катушка обладает ещё и реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление образуется потому, что звуковая катушка, это, по сути, обычная катушка индуктивности и её индуктивность оказывает сопротивление переменному току. Реактивное сопротивление зависит от частоты переменного тока.

Активное и реактивное сопротивление звуковой катушки образует полное сопротивление звуковой катушки. Оно обозначается буквой Z (так называемый, импеданс). Получается, что активное сопротивление катушки не меняется, а реактивное сопротивление меняется в зависимости от частоты тока. Чтобы внести порядок реактивное сопротивление звуковой катушки динамика измеряют на фиксированной частоте 1000 Гц и прибавляют к этой величине активное сопротивление катушки.

В итоге получается параметр, который и называется номинальное (или полное) электрическое сопротивление звуковой катушки. Для большинства динамических головок эта величина составляет 2, 4, 6, 8 Ом. Также встречаются динамики с полным сопротивлением 16 Ом. На корпусе импортных динамиков, как правило, указывается эта величина, например, вот так – 8Ω или 8 Ohm.

Стоит отметить тот факт, что полное сопротивление катушки где-то на 10 – 20% больше активного. Поэтому определить его можно достаточно просто. Нужно всего лишь измерить активное сопротивление звуковой катушки омметром и увеличить полученную величину на 10 – 20%. В большинстве случаев можно вообще учитывать только чисто активное сопротивление.

Номинальное электрическое сопротивление звуковой катушки является одним из важных параметров, так как его необходимо учитывать при согласовании усилителя и нагрузки (динамика).

Диапазон частот – это полоса звуковых частот, которые способен воспроизвести динамик. Измеряется в герцах (Гц). Напомним, что человеческое ухо воспринимает частоты в диапазоне 20 Гц – 20 кГц. И, это только очень хорошее ухо :).

Никакой динамик не способен точно воспроизвести весь слышимый частотный диапазон. Качество звуковоспроизведения будет всё-равно отличаться от того, что требуется.

Для качественного воспроизведения звука НЧ, СЧ и ВЧ-динамики объединяются в едином корпусе, снабжаются частотными фильтрами. Это акустические системы. Так как каждый из динамиков воспроизводит только свою часть звукового диапазона, то суммарная работа всех динамиков значительно увеличивает качество звука.

Как правило, низкочастотные динамики рассчитаны на воспроизведение частот от 25 Гц до 5000 Гц. НЧ-динамики обычно имеют диффузор большого диаметра и массивную магнитную систему.

Динамики СЧ рассчитаны на воспроизведение полосы частот от 200 Гц до 7000 Гц. Габариты их чуть меньше НЧ-динамиков (зависит от мощности).

Высокочастотные динамики прекрасно воспроизводят частоты от 2000 Гц до 20000 Гц и выше, вплоть до 25 кГц. Диаметр диффузора у таких динамиков, как правило, небольшой, хотя магнитная система может быть достаточно габаритная.

Номинальная мощность (Вт) – это электрическая мощность тока звуковой частоты, которую можно подвести к динамику без угрозы его порчи или повреждения. Измеряется в ваттах (Вт) и милливаттах (мВт). Напомним, что 1 Вт = 1000 мВт. Подробнее о сокращённой записи числовых величин можно прочесть здесь.

Величина мощности, на которую рассчитан конкретный динамик, может быть указана на его корпусе. Например, вот так – 1W (1 Вт).

Это значит, что такой динамик можно легко использовать совместно с усилителем, выходная мощность которого не превышает 0,5 – 1 Вт. Конечно, лучше выбирать динамик с некоторым запасом по мощности. На фото также видно, что указано номинальное электрическое сопротивление – 4Ω (4 Ом).

Вспомним, что КПД динамика составляет около 2 – 3%. А это значит, что если к динамику подвести электрическую мощность в 10 Вт, то в звуковые волны он преобразует лишь 0,2 – 0,3 Вт. Довольно немного, правда? Но, человеческое ухо устроено весьма изощрённо, и способно услышать звук, если излучатель воспроизводит акустическую мощность около 1 – 3 мВт на расстоянии от него в несколько метров. При этом к излучателю – в данном случае динамику – нужно подвести электрическую мощность в 50 – 100 мВт. Поэтому, не всё так плохо и для комфортного озвучивания небольшой комнаты вполне достаточно подвести к динамику 1 – 3 Вт электрической мощности.

Это всего лишь три основных параметра динамика. Кроме них ещё есть такие, как уровень чувствительности, частота резонанса, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), добротность и др.

Порой на практике приходится соединять несколько динамиков или акустических систем. А что нужно знать при этом? Подробности в статье – Как соединять динамики?

Электродинамический громкоговоритель – это устройство, преобразующее электрический сигнал в звуковой посредством движения катушки с током в магнитном поле постоянного магнита. С этими устройствами мы сталкиваемся повседневно. Даже если вы не большой поклонник музыки и не проводите в наушниках по полдня. Динамиками оснащаются телевизоры, радиоприемники в автомобилях и даже телефоны. Этот привычный для нас механизм на самом деле является целым комплексом элементов, а его устройство – это настоящее произведение инженерного искусства.

Устройство динамика

Динамик имеет довольно сложную конструкцию и состоит из множества элементов. На схеме устройства динамика (см. ниже) изображены ключевые детали, благодаря которым громкоговоритель функционирует правильно.

Устройство акустического динамика включает в себя следующие составные части:

подвес (или краевой гофр);
диффузор (или мембрана);
колпачок;
звуковая катушка;
керн;
магнитная система;
диффузородержатель;
гибкие выводы.

В разных моделях динамиков могут быть использованы разные уникальные элементы конструкции. Классическое же устройство динамика выглядит именно так.

Краевой гофр

Для достижения наилучшего баланса звучания в низкочастотных колонках используют резиновые гофры, а в высокочастотных - бумажные.

Диффузор

Основным излучающим объектом в электродинамике является диффузор. Диффузор динамика представляет собой некий поршень, который двигается по прямой вверх-вниз и поддерживает амплитудно-частотную характеристику (далее АЧХ) в линейном виде. При повышении частоты колебаний диффузор начинает изгибаться. Из-за этого появляются так называемые стоячие волны, которые, в свою очередь, приводят к провалам и подъемам на графике АЧХ.

Для минимизации этого эффекта конструкторы используют более жесткие диффузоры, изготовленные из материалов меньшей плотности. Если размер динамика составляет 12 дюймов, то диапазон частот в нем будет варьироваться в пределах 1 килогерца для низких частот, 3 килогерц для средних и 16 килогерц для высоких.

Диффузоры могут быть жесткими. Они сделаны из керамики или алюминия. Такие изделия обеспечивают наименьший уровень искажения звука. Динамики с жесткими диффузорами стоят гораздо дороже аналогов.
Мягкие диффузоры делают из полипропилена. Такие образцы обеспечивают наиболее мягкое и теплое звучание за счет поглощения волн мягким материалом.
Полужесткие диффузоры представляют собой компромиссный вариант. Они делаются из кевлара или стеклоткани. Искажения, провоцируемые таким диффузором, выше, чем у жестких, но ниже, чем у мягких.

Колпачок

Колпачок представляет собой оболочку из синтетики или ткани, основная функция которой – защита динамиков от пыли. Помимо этого, колпачок играет немаловажную роль в формировании определенного звучания. В частности, при воспроизведении средних частот. С целью наиболее жесткого закрепления колпачки делают округлой формы, придавая им небольшой изгиб. Как вы наверняка уже поняли, разнообразие материалов как раз-таки связано с тем, чтобы достичь определенного звучания. В ход идет ткань с различным пропитками, пленки, композиции целлюлозы и даже металлические сетки. Последние, в свою очередь, выполняют еще и функцию радиатора. Алюминиевая или металлическая сетка отводит излишки тепла от катушки.

Шайба

Звуковая катушка и магнитная система

Вот мы и добрались до элемента, который, собственно, и отвечает за воспроизведение звука. Магнитная система располагается в небольшом зазоре магнитной цепи и вместе с катушкой преобразует электрическую энергию. Сама магнитная система – это система из магнита в виде кольца и керна. Между ними в момент воспроизведения звука перемещается звуковая катушка. Важная задача конструкторов – создание равномерного магнитного поля в магнитной системе. Для этого производители динамиков досконально выверяют полюса и оснащают керн медным наконечником. Ток в звуковую катушку поступает через гибкие выводы динамика – обычную проволоку, намотанную поверх синтетической нитки.

Принцип работы

С устройством динамика разобрались, переходим к принципу работу. Принцип работы динамика заключается в следующем: ток, идущий на катушку, заставляет ее совершать перпендикулярные колебания в пределах магнитного поля. Эта система увлекает за собой диффузор, заставляя его колебаться с частотой подаваемого тока, и создает разряженные волны. Диффузор начинает колебаться и создает звуковые волны, которые могут быть восприняты человеческим ухом. Они в виде электрического сигнала передаются в усилитель. Отсюда и появляется звук.

Диапазон воспроизводимых частот напрямую зависит от толщины магнитопроводов и размера динамика. При большей величине магнитопровода увеличивается зазор в магнитной системе, а вместе с ним увеличивается и эффективная часть катушки. Именно поэтому компактные динамики не справляются с низкими частотами в пределах 16-250 герц. Их минимальный порог частотности начинается с 300 Герц и заканчивается на 12 000 герц. Вот почему динамики хрипят, когда вы выкручиваете звук на максимум.

Номинальное электрическое сопротивление

Провод, подающий ток на катушку, обладает активным и реактивным сопротивлением. Для выяснения уровня последнего инженеры измеряют его на частоте в 1000 герц и прибавляют к получившейся величине активное сопротивление звуковой катушки. В большинстве динамиков уровень сопротивления составляет 2, 4, 6 или 8 Ом. Этот параметр необходимо учитывать при покупке усилителя. Важно согласовать уровень нагрузки.

Диапазон частот

Немного о мобильных динамиках

Диапазон частот, который способен охватить такой элемент, значительно сужен. По своему звучанию он ближе именно к высокочастотным устройствам, так как в корпусе телефона нет дополнительного пространства для установки толстых магнитопроводов.

Устройство динамика в мобильном телефоне отличается не только размерами, но и отсутствием независимости. Возможности устройства ограничиваются программным обеспечением. Это сделано для защиты конструкции динамиков. Многие снимают этот лимит вручную, а потом задаются вопросом: "Почему хрипят динамики?"

В среднестатистическом смартфоне устанавливают два таких элемента. Один разговорный, другой музыкальный. Иногда их объединяют для достижения эффекта стерео. Так или иначе, достичь глубины и насыщенности в звучании можно лишь с полноценной стереосистемой.

Устройство динамика

Устройство динамика колонки как источника распространения звука – очень интересный момент. С одной стороны, весьма скоро его традиционная конструкция в своем нынешнем облике отпразднует вековой юбилей. С другой - изменения используемых материалов и вариантов соседства элементов являются неиссякаемым источником инженерных идей. И, как следствие – более яркого, совершенного звучания, что шаг за шагом приближает аудиофилов к Его Величеству Совершенному Звучанию.

И если Вы хотите лучше понимать причины восторгов авторов тех или иных обзоров новых акустических систем, настоятельно рекомендуем разобраться, из чего состоит динамик колонки и какое значение имеет каждый из его составляющих.

Строение динамика: наглядно и доступно

В тыльной части каркаса расположен кольцевой зазор, который образован магнитным керном (сердечником) и кольцевым магнитом. Минимальное расстояние между сердечником и кольцевым магнитом, также имеющее форму кольца, обеспечивает максимальное мощное магнитное поле.

В магнитном зазоре располагается звуковая катушка. Она образована путем наматывания на цилиндрический тонкостенный каркас металлической проволоки, что покрывается слоем изолирующего лака. При воздействии магнитного поля, которое возникает при прохождении переменного тока, звуковая катушка движется возвратно-поступательно в соответствии с формой воспроизводимых звуковых колебаний.

Каркас звуковой катушки прикреплен к диффузору. Последний представляет собой подвижный элемент конструкции динамика колонки, непосредственно воспроизводящий звук. Для возможности осуществлять колебания диффузор имеет подвесы – тонкие шайбы с концентрическими выпуклостями. Выполненные из гибкого материала, подвесы диффузора допускают его движение вдоль оси симметрии. Диффузор движется вперед-назад под воздействием голосовой катушки, через которую по безмоментным проводам подается переменный ток.

Передняя часть диффузора закрыта пылезащитным колпачком. Этот предохранительный конструктивный элемент выполняет одновременно защитную и декоративную функцию.

Таким образом, разобрав строение динамика колонки, можно переходить к более детальному рассмотрению специфики каждого из элементов. Различные технологии и материалы, используемые для их создания, определяют колоссальное разнообразие такой высокотехнологичной продукции.

Диффузор динамика

Самым первым материалом, из которого выполнялся диффузор, была целлюлоза. Это объясняется удачным сочетанием жесткости и малого веса, свойственному картону. И до сих пор динамики ряда производителей выпускаются исключительно с целлюлозными диффузорами.

Современные технологии позволяют улучшить эксплуатационные свойства этих элементов. В частности, пропитывая целлюлозную пористую структуру синтетической пропиткой, можно повысить ее прочность и устойчивость к воздействию влаги. Кроме того, с этой же целью активно используются кевларовые, графеновые или выполненные из стеклянных волокон материалы.

Некоторые производители акустики предпочитают использовать алюминиевые сплавы для производства диффузоров. Они обладают повышенной жесткостью и износостойкостью. Существуют также бериллиевые варианты, но они весьма дороги в производстве. Поэтому если речь идет про строение динамика ВЧ купольного типа, наиболее часто используется тканевый вариант с пропиткой и/или армирующим слоем из жесткого композитного материала.

Подвес динамика

Центрирующая шайба (она же - внутренний подвес динамика) также отличается прочностью и подвижностью. Эти свойства обеспечиваются особенностью изготовления элемента. Его производят путем прессования прочной ткани с эластичной пропиткой.

Большинство динамиков снабжены одной центрирующей шайбой. Но в конструкции отдельных колонок (как правило, для сабвуферов высокой мощности) применяются две последовательно расположенные шайбы.

Внешний подвес динамика имеет несколько иное исполнение. С начала развития акустического оборудования его делали в виде концентрических волн (гофров) по периметру бумажного диффузора. Сегодня его выполняют чаще всего из синтетических материалов – например, искусственного бутадиенового каучука.

Соединение обоих подвесов динамиков должно быть выполнено таким образом, чтобы вся система осуществляла параллельное возвратно-поступательное перемещение вдоль оси устройства.

Звуковая катушка

Следующий немаловажный элемент устройства динамика акустической системы – звуковая катушка. Для ее каркаса применяется широкий спектр материалов – плотная бумага, термостойкие пластики, алюминиевые или титановые сплавы и другие.

На каркасе голосовой катушки чаще всего намотана медная проволока, в отдельных случаях – алюминиевая либо биметаллическая (алюминиевая с омедненным наружным покрытием для оптимизации характеристик проводимости).

Для большей плотности намотки (количества витков) и плотности контакта используют прямоугольную или же шестигранную в сечении проволоку.

В отдельных ВЧ динамиках реализуется заполнение магнитного зазора жидкостью из мелкодисперсного металлического порошка. Такое решение обеспечивает более эффективное охлаждение катушки и положительно сказывается на качестве звучания динамика.

Магнитная система

Качество звучания динамика во многом определяется эффективностью магнитной системы. В свою очередь, последняя определяется материалом самого магнита. Если в середине XX века для него использовался особый сплав железа, никеля, алюминия и кобальта, то сейчас подавляющее большинство брендов используют в конструкциях своих магнитных систем феррит.

Еще более эффективно зарекомендовали себя неодимовые магниты. Но проблема в трудности обработки заготовки из неодима ощутимо повышает себестоимость конечной продукции. Как результат, магнитная система динамика на базе неодимовых магнитов используется обычно в акустике верхних ценовых категорий.

Корзина динамика

Материал для выполнения этого элемента устройства динамика может быть различным. Как правило, используется штампованная стальная либо вылитая из пластика корзина. Но ее исполнение должно быть высокой точности, потому как каждая десятая доля миллиметра в ее конфигурациях имеет ощутимое значение на качестве звучания акустической системы.

Также очень важно качество посадки элементов в корзину. Звуковая катушка в ходе своего соосного с магнитным зазором движения не должна задевать его краев. Все это накладывает очень серьезные требования к процессу сборки динамика в целом.

Виды акустического оформления

Закрытое. Динамик устанавливают в середине стенки полой коробки, которая зачастую состоит из пластика или дерева. Главным достоинством такой технологии является ее простота. Главным недостатком - низкий коэффициент полезного действия.
Фазоинвертор. Динамик крепят по центру стенки полой коробки, которая, как правило, сделана из пластика или дерева, но с той лишь разницей, что под или над ним ставится трубка или создается отверстие. Для чего это необходимо? Содержимым этой трубки выступает заранее рассчитанное количество воздуха, являющееся дополнительным источником звука. При такой схеме устройство создает колебания как внутри коробки, так и за ее пределами. Эти колебания выходят из отверстия, таким образом увеличивая исходящую громкость.
Закрытое с пассивным излучателем. По конструкции напоминает предыдущий вариант, но в данном случае вторым излучателем выступает не воздух, а динамик, не способный себя двигать.
Рупор-динамик (или динамик-громкоговоритель). Такое название он получил из-за своего конусообразного корпуса. Как правило, такой корпус сделан из нескольких деталей, но встречаются и цельные конструкции. В случае с рупорами небольших размеров качество воспроизведения звука находится на втором плане, поскольку рупор в несколько раз усиливает громкость и качество от этого сильно не портится. В теории через рупор можно проводить и низкочастотные звуки, но для этого он должен быть просто невероятных размеров.
Акустический лабиринт. Эта конструкция является своеобразным гибридом второго и четвертого вариантов. Внутри нее находится трубка в форме змейки, а на ее конце присутствует рупор. Зачастую конструкции такого типа применяются для больших концертных сабвуферов.

Электростатические излучатели

Чтобы окончательно дать ответ на вопрос "Что такое динамик?", обязательно нужно рассказать про электростатические излучатели.

Эти устройства состоят из двух статоров, на которые посылают переменные звуковые колебания, и пленки между ними. В качестве последней выступает перфорированный металлический лист, на который подается высокое напряжение. Прозрачность пленки составляет около 50%. Покрыта она диэлектрическим веществом, необходимым для защиты пользователя от негативного влияния высокого напряжения.

Плюсы и минусы

Электростатический излучатель - это действительно очень интересная вещь, изучение которой вызовет неподдельный восторг у людей, интересующихся данной тематикой. Но у электростатов, как и у классических динамиков, есть свои достоинства и недостатки.

Динамик (громкоговоритель) — аппарат, который переводит электрические импульсы в звуковые вибрации и излучает их в окружающую среду, в качестве которой как правило выступает воздух, но может и вода и др. Начало изобретению динамика положил в 1876 году Александер Грэм Белл, который создал электродинамическую головку (капсюль) для своего телефона.

Устройство динамика довольно просто: внутрь постоянного магнита помещена катушка из тонкой проволоки, прочно укрепленная к диффузору. Причем она не связана механически с постоянным магнитом, но находится в его поле.

Принцип работы динамика: когда по катушке протекает изменяющийся ток, она выступает как электромагнит, а от силы тока зависит, насколько сильно она притягивается или отталкивается от магнита. Поскольку к катушке прикреплен диффузор, колебания катушки передаются и ему. Диффузор приводит к колебанию воздуха, вибрации которого воспринимаются ухом как звук.

О том, на чем основан принцип работы динамика, наглядно и остроумно показано на видео.

На сайте есть материалы про особые эффекты, которые можно получить благодаря динамикам.

В первой части мы говорили о сущности, природе звука, особенностях его распространения и восприятия. Пора переходить к устройствам, которые способны этот звук воспроизвести. Наиболее распространенный по сей день вариант — динамик. Это устройство в свое время вызвало настоящий переворот в области музыкальной инженерии. Его принципиальная простота и, одновременно, сложность деталей, однозначно достойны пристального внимания.

Появление динамика

С началом активного использования электричества появилась возможность передавать звуковой сигнал, преобразуя его в электрический и обратно. В разное время изобрели много способов этого преобразования. Среди них — электродинамический, электростатический, изодинамический, ленточный, излучатель Хейла, пьезо и даже плазменный излучатель.

Они работают на разных физических принципах, различаются спецификой применения. Но самым первым все-таки было устройство, реализующее электродинамический принцип. Оно и остается самым распространенным. Динамик, электродинамическая головка, динамический драйвер — все эти термины являются синонимами к одному и тому же изобретению.

Физические принципы, на которых работает динамик, основаны на электромагнетизме, открытом Хансом Эрстедом и описанном впоследствии целой плеядой физиков 19-го века. Тот факт, что проводник с током выталкивается магнитным полем, а в проводнике, движущемся в этом поле, наоборот, возникает ток, собственно, и привел к изобретению динамика.

Первое устройство, в котором применены все основные конструктивные принципы современного динамика, было запатентовано в 1898 году Оливером Лоджем после приблизительно тридцати лет самых разных попыток нащупать эффективный способ реализации. А сам динамик, в том виде, к которому мы все привыкли, появился спустя еще приблизительно тридцать лет.

С тех пор принципы его работы и основные элементы конструкции остаются неизменными. При этом, — вот что особенно удивительно, — не проходит и года без информации об очередном революционном усовершенствовании динамика, позволяющего ему работать еще лучше.

Устройство динамика

Любой современный динамик включает в себя каркас [1], который еще называют корзиной или даже пауком. На нем держатся все остальные части конструкции.

В тыльной части корзины крепится магнитная система, которая состоит из кольцевого магнита [2] и магнитного керна [3] — вместе они образуют кольцевой зазор. Этот магнитный зазор, кольцевая щель между двумя магнитами, должна быть минимальной для создания максимально мощного магнитного поля.

В зазоре расположена так называемая голосовая (звуковая) катушка [4], которая может совершать возвратно-поступательные движения под воздействием магнитного поля, поскольку по ней протекает переменный ток, соответствующий по форме воспроизводимым звуковым колебаниям. Она, как правило, состоит из проволоки, покрытой изолирующим лаком и намотанной на тонкостенный цилиндр, который называют каркасом [5] звуковой катушки.

Он крепится к диффузору [6] — тонкостенному элементу конструкции, который, колеблясь, собственно, и воспроизводит звук. Для этой цели диффузор должен иметь возможность двигаться. Для этого установлены так называемые подвесы [7, 8]: верхний (наружный) и нижний. Это шайбы из тонкого и гибкого материала с концентрическими выпуклостями. Благодаря такой форме, подвесы позволяют диффузору двигаться вдоль оси симметрии всей конструкции вперед-назад.

Он делает это потому, что его толкает голосовая катушка, на которую действует электромагнитная сила, пропорциональная силе переменного тока, который подается на катушку по гибким безмоментным проводникам [9]. С другой стороны эти провода заканчиваются клеммами [10], к которым подсоединяется акустический кабель, идущий от усилителя.

Завершает картину пылезащитный колпачок [11], который крепится к диффузору спереди и, что понятно из названия, защищает магнитный зазор от проникновения в него частичек пыли.

Разнообразие динамиков огромно. Они различаются по мощности, рабочему диапазону воспроизводимых частот, сфере применения и по множеству других параметров. Естественно, от этого зависят технологии и материалы, применяемые в производстве каждой из частей. Их мы и рассмотрим по отдельности.

Диффузор

Изначально диффузор делался из целлюлозы — бумаги или картона. Из того же материала выполнялся и пылезащитный колпачок (если он был предусмотрен). Целлюлозные диффузоры очень часто применяются до сих пор. Бумага хороша своим сочетанием легкости и жесткости. Влагоустойчивости, прочности и долговечности ей добавляют с помощью пропитки синтетическими материалами.

В этом смысле хорош пластик, но чисто пластиковый некомпозитный диффузор имеет ряд недостатков. Для их исправления применяются композитные материалы с разнообразными компонентами: от древесных или стеклянных волокон до кевлара или даже графена. Повышенную жесткость имеют металлические диффузоры. Чаще всего они делаются из алюминиевых сплавов.

Одними из лучших параметров обладает бериллий, но, ввиду повышенной стоимости материала и технологий его обработки, такой вариант достаточно дорог. В так называемых купольных высокочастотных динамиках чаще всего применяется ткань с пропиткой, иногда армирующая слой максимально жесткого композита, с жестким наполнителем, вплоть до алмазного порошка.

Подвес динамика

Внутренний (ближний к магниту) подвес динамика еще называют центрирующей шайбой. Чаще всего эту деталь формуют на прессе с нагреванием из легкой, крепкой на разрыв ткани с эластичной синтетической пропиткой — прочно и подвижно. В некоторых мощных низкочастотных динамиках применяются две центрирующие шайбы, расположенные одна за другой.

Оба подвеса должны обеспечить строго плоско-параллельное возвратно-поступательное движение всей подвижной системы динамика с минимальными отклонениями в сторону от его оси.

Звуковая (голосовая) катушка

Эта катушка, работающая в магнитном зазоре динамика, намотана на каркас — цилиндр, который часто делается из плотной бумаги. Для каркаса также применяется устойчивый к нагреву пластик: каптон, текстолит, либо другие композитные материалы. Для большей плотности и температурной устойчивости (при серьезной нагрузке, т. е. громкости, катушка нагревается) используют сплавы на основе алюминия и даже титан.

Проволока, которой наматывается голосовая катушка, чаще всего, медная. Алюминиевая проволока легче, и это в данном случае — плюс, но она имеет свои недостатки (большее электрическое сопротивление при меньшей температурной устойчивости) и применяется реже. Есть вариант с биметаллической алюминиевой проволокой с медным покрытием, что улучшает проводимость.

Для более плотного расположения витков проволоку иногда делают в сечении прямоугольной либо шестиугольной. Для получения нескольких вариантов сопротивления катушки при параллельном или последовательном соединении ее частей или использования раздельных усилителей, звуковая катушка, чаще всего в низкочастотных динамиках, может разделяться на отдельные секции, намотанные на общем каркасе.

Для лучшего охлаждения голосовой катушки магнитный зазор в некоторых высокочастотных динамиках заполняется специальной жидкостью с наполнителем из мелкодисперсного магнитного порошка. Это повышает эффективность системы и улучшает отвод тепла.

Магнитная система

Эффективность магнитной системы динамика определяется, в первую очередь, материалом магнита. Самый распространенный — феррит. В середине прошлого века были распространены магниты из сплава AlNiCo (железо-алюминий-никель-кобальт), в отдельных случаях этот вариант до сих пор применяется. В новейший исторический период все большее распространение получают неодимовые магниты, создающие гораздо более сильное магнитное поле. Проблемой здесь стало получение неодимовой заготовки нужных размеров: неодим — материал труднообрабатываемый. Кроме того, стоимость неодимовых магнитов в последнее время растет.

Корзина динамика

Самый распространенный и максимально технологичный вариант корзины, или каркаса динамика — штампованная деталь из мягкой стали. Каркасы небольшого размера могут быть выполнены из пластика. Более совершенное, прочное и, что самое главное, точное в своей геометрии изделие получают методом литья, чаще всего из алюминия, с последующей обработкой на металлорежущих станках.

Важно понимать: чтобы добиться минимального магнитного зазора, звуковую катушку, расположенную в этом зазоре, нужно заставить двигаться, не задевая его краев. Для этого ее движение должно быть идеально соосным магнитному зазору вдоль всей возможной амплитуды колебаний. Расположение катушки в магнитном зазоре должно быть идеально симметричным. Это накладывает высокие требования на точность изготовления и сборки всех частей.

Все компоненты динамика соединяются с помощью клея на специальном оборудовании.

Каждый динамик, согласно примененным в нем материалам и технологиям, размерам, весу, электрическим и механическим параметрам, имеет свое в точности определенное назначение. О этом предназначении и обо всем, что с ним связано — в следующей части.

Читайте также: